基于模糊算法和dsp的混合儲能系統(tǒng)及功率平滑方法
【專利摘要】一種基于模糊算法DSP控制的混合儲能系統(tǒng)，其特征在于它包括主電路單元、同步信號檢測電路單元和DSP控制器；其功率平滑方法包括：同步信號檢測、編寫算法、脈沖控制和能量儲存、反饋；其優(yōu)越性在于：①結(jié)構(gòu)簡單；②平抑不同情況下的功率波動；③可避免過充電或過放電的現(xiàn)象；④處理速度快，靈敏度高。
【專利說明】基于模糊算法和DSP的混合儲能系統(tǒng)及功率平滑方法(-)【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)中分布式能源接入電網(wǎng)的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種基于模糊算法和DSP (DigitalSignalProcessor——數(shù)字信號處理器)的混合儲能系統(tǒng)及功率平滑方法。
(二)【背景技術(shù)】:
[0002]隨著傳統(tǒng)能源的日益減少，電力系統(tǒng)中形成了一個新研究熱點(diǎn)——分布式發(fā)電技術(shù)(DistributedGenerationTechnology),分布式發(fā)電設(shè)備在并網(wǎng)時往往帶來很多問題,通過增加儲能裝置，可以減小風(fēng)電場并網(wǎng)對系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，對提高電能質(zhì)量具有重要意義。風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)今世界上可再生能源開發(fā)利用中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)。
[0003]但是，作為間歇式能源，風(fēng)力發(fā)電不可為第一代電網(wǎng)利用的直接原因是其無法連續(xù)輸出功率的特性；目前我國既有的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于間歇性導(dǎo)致的功率無法穩(wěn)定輸出的問題，使得其仍然無法大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電，只能就地消耗或者用于對電能質(zhì)量要求不高的場所；但是，二代電網(wǎng)的建設(shè)已經(jīng)啟動，風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電是大勢所趨，因此對風(fēng)力發(fā)電功率平滑穩(wěn)定的輸出的研究就顯得格外重要。
[0004]目前，已提出了多種方法來解決風(fēng)電場輸出功率波動的平滑；有采用直接調(diào)節(jié)風(fēng)力渦輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的方法來平滑其輸出功率，但該方法對功率調(diào)節(jié)能力有限；也有通過在全風(fēng)速范圍內(nèi)結(jié)合變槳距和變速控制來平滑發(fā)電機(jī)輸出有功功率,但該方法不能最大效率地利用風(fēng)能。還有采用并聯(lián)靜止無功補(bǔ)償裝置調(diào)節(jié)無功波動，維持風(fēng)力發(fā)電電網(wǎng)接入點(diǎn)電壓的穩(wěn)定，但不能平滑有功功率波動；儲能技術(shù)的發(fā)展為風(fēng)力發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)及改善風(fēng)力發(fā)電性能提供了一種有效途徑，儲能既可平滑有功功率波動，又可調(diào)節(jié)無功功率，在很大程度上解決了風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)性和波動性問題。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于模糊算法和DSP的混合儲能系統(tǒng)及功率平滑方法，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)的功率平滑輸出領(lǐng)域，將蓄電池儲能技術(shù)與風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，能夠減少風(fēng)電場輸出功率波動對電網(wǎng)的影響，有利于改善并網(wǎng)風(fēng)電場的穩(wěn)定性的系統(tǒng)及方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種基于模糊算法DSP控制的混合儲能系統(tǒng)，其特征在于它包括主電路單元、同步信號檢測電路單元和DSP控制器；其中，所述同步信號檢測單元從主電路采集信號，其輸出端連接DSP控制器的輸入端；所述DSP控制器的輸出端與主電路相連。
[0007]所述主電路單元由無窮大電網(wǎng)、三相電力變壓器、濾波單元、雙向AC-DC變換器、雙向DC-DC變換器A、雙向DC-DC變換器B和混合儲能單元構(gòu)成；其中，所述無窮大大電網(wǎng)的輸出端連接三相電力變壓器輸入端；所述三相電力變壓器輸出端連接濾波單元的輸入端；所述濾波單元的輸出端連接雙向AC-DC變換器的輸入端；所述雙向AC-DC變換器的輸出端分別連接兩個雙向DC-DC變換器的輸入端；所述的雙向DC-DC變換器A和雙向DC-DC變換器B分別連接混合儲能單元的輸入端。
[0008]所述混合儲能單元是由蓄電池組和超級電容器組構(gòu)成；所述蓄電池組的輸入端與雙向DC-DC變換器A的輸出端連接；所述超級電容器的輸入端與雙向DC-DC變換器B的輸出端連接。
[0009]所述雙向DC-DC變換器A和雙向DC-DC變換器B能夠?qū)崿F(xiàn)混合儲能系統(tǒng)和電網(wǎng)側(cè)能量的雙向流動，可以用來維持直流側(cè)的電壓和頻率的恒定，起到穩(wěn)壓作用的由IGBT模塊構(gòu)成的雙向DC-DC變換器。
[0010]所述DSP控制器由捕獲單元、轉(zhuǎn)換器ADCIN0、轉(zhuǎn)換器ADCINl單元、驅(qū)動單元、PWM脈沖產(chǎn)生單元和模糊控制算法單元構(gòu)成；其中，所述捕獲單元的輸入端接收同步信號檢測單元發(fā)出的三相電流和三相電壓信號，其輸出端連接模糊控制算法單元的輸入端；所述模糊控制算法單元的輸入端還與轉(zhuǎn)換器ADCINO單元的輸出端，同時模糊控制算法單元還與轉(zhuǎn)換器ADCIl單元呈雙向連接，其輸出端與PWM脈沖產(chǎn)生單元的輸入端連接；所述驅(qū)動單元的輸入端接收來自PWM脈沖產(chǎn)生單元發(fā)出的脈沖信號，其輸出端連接雙向DC-DC變換器A單元的IGBT模塊；所述轉(zhuǎn)換器ADCINO單元的輸入端采集雙向DC-DC變換器B出線端的電流信號；所述轉(zhuǎn)換器ADCINl單元的輸入端采集雙向DC-DC變換器B出線端的電壓信號。
[0011]所述DSP控制單元是處理數(shù)據(jù)指令周期為50ns、采用數(shù)據(jù)并行處理技術(shù)的集成ADC轉(zhuǎn)換器、串行通訊協(xié)議、9路PWM發(fā)生接口和輸入輸出口的TI公司的TMS320F240DSP芯片。
[0012]一種基于模糊算法和DSP的混合儲能系統(tǒng)的功率平滑方法，其特征在于它是由以下步驟構(gòu)成:
[0013]⑴同步信號檢測電路單元實(shí)時地采集三相電網(wǎng)中的三相電流信號和電壓信號，并將其傳送給DSP控制器中的捕獲單元，等待其對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
[0014](2) DSP控制器的捕獲單元根據(jù)得到的同步信號檢測電路單元送入的電壓電流信號后，同時獲取控制器ADCINO和控制器ADCINl單元的信號，由模糊控制算法單元編寫模糊的控制算法；
[0015](3) DSP控制器單元根據(jù)編寫好的雙閉環(huán)控制策略和模糊控制算法，將其輸出給PWM脈沖產(chǎn)生單元，使其發(fā)生算法下的PWM脈沖信號，從而使驅(qū)動單元來控制兩個雙向DC-DC變換器來實(shí)現(xiàn)對交流側(cè)和直流側(cè)的功率交換以及穩(wěn)定直流側(cè)電壓的控制；
[0016]⑷當(dāng)風(fēng)電場發(fā)出的功率充足時，兩個雙向DC-DC變換器將多余的能量儲存于蓄電池儲能單元和超級電容器儲能單元中；
[0017](5)當(dāng)風(fēng)電場發(fā)出的功率不足時，蓄電池組儲能單元和超級電容器組儲能單元將放電，把儲存的能量通過雙向AC-DC變換器和兩個雙向DC-DC變換器回饋至三相電網(wǎng)，以維持并網(wǎng)功率的平衡。
[0018]所述步驟⑶中的模糊控制算法采用了狀態(tài)平均的方法對雙向DC-DC變換器進(jìn)行模型的建立，然后運(yùn)用雙閉環(huán)控制策略對雙向DC-DC變換器的開關(guān)管IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷進(jìn)行控制，它由以下步驟構(gòu)成:
[0019]①設(shè)雙向DC-DC變換器的開關(guān)管導(dǎo)通的占空比為d=tm/T，電感電流為I1，輸出電壓為V0，取I1和V0為狀態(tài)變量；根據(jù)開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷兩個階段，分別列寫狀態(tài)方程，
【權(quán)利要求】
1.一種基于模糊算法DSP控制的混合儲能系統(tǒng)，其特征在于它包括主電路單元、同步信號檢測電路單元和DSP控制器；其中，所述同步信號檢測單元從主電路采集信號，其輸出端連接DSP控制器的輸入端；所述DSP控制器的輸出端與主電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于模糊算法DSP控制的混合儲能系統(tǒng)，其特征在于它所述主電路單元由無窮大電網(wǎng)、三相電力變壓器、濾波單元、雙向AC-DC變換器、雙向DC-DC變換器A、雙向DC-DC變換器B和混合儲能單元構(gòu)成；其中，所述無窮大大電網(wǎng)的輸出端連接三相電力變壓器輸入端；所述三相電力變壓器輸出端連接濾波單元的輸入端；所述濾波單元的輸出端連接雙向AC-DC變換器的輸入端；所述雙向AC-DC變換器的輸出端分別連接兩個雙向DC-DC變換器的輸入端；所述的雙向DC-DC變換器A和雙向DC-DC變換器B分別連接混合儲能單元的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于模糊算法DSP控制的混合儲能系統(tǒng)，其特征在于所述混合儲能單元是由蓄電池組和超級電容器組構(gòu)成；所述蓄電池組的輸入端與雙向DC-DC變換器A的輸出端連接；所述超級電容器的輸入端與雙向DC-DC變換器B的輸出端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于模糊算法DSP控制的混合儲能系統(tǒng)，其特征在于所述雙向DC-DC變換器A和雙向DC-DC變換器B能夠?qū)崿F(xiàn)混合儲能系統(tǒng)和電網(wǎng)側(cè)能量的雙向流動，可以用來維持直流側(cè)的電壓和頻率的恒定，起到穩(wěn)壓作用的由IGBT模塊構(gòu)成的雙向DC-DC變換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于模糊算法DSP控制的混合儲能系統(tǒng)，其特征在于所述DSP控制器由捕獲單元、轉(zhuǎn)換器ADCINO、轉(zhuǎn)換器ADCINl單元、驅(qū)動單元、PWM脈沖產(chǎn)生單元和模糊控制算法單元構(gòu)成；其中，所述捕獲單元的輸入端接收同步信號檢測單元發(fā)出的三相電流和三相電壓信號，其輸出端連接模糊控制算法單元的輸入端；所述模糊控制算法單元的輸入端還與轉(zhuǎn)換器ADCINO單元的輸出端，同時模糊控制算法單元還與轉(zhuǎn)換器ADCIl單元呈雙向連接，其輸出端與PWM脈沖產(chǎn)生單元的輸入端連接；所述驅(qū)動單元的輸入端接收來自PWM脈沖產(chǎn)生單元發(fā)出的脈沖信號，其輸出端連接雙向DC-DC變換器A單元的IGBT模塊；所述轉(zhuǎn)換器ADCINO單元的輸入端采集雙向DC-DC變換器B出線端的電流信號；所述轉(zhuǎn)換器ADCINl單元的輸入端采集雙向DC-DC變換器B出線端的電壓信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種基于模糊算法DSP控制的混合儲能系統(tǒng)，其特征在于所述DSP控制器是處理數(shù)據(jù)指令周期為50ns、采用數(shù)據(jù)并行處理技術(shù)的集成ADC轉(zhuǎn)換器、串行通訊協(xié)議、9路PWM發(fā)生接口和輸入輸出口的TI公司的TMS320F240DSP芯片。
7.一種基于模糊算法和DSP的混合儲能系統(tǒng)的功率平滑方法，其特征在于它是由以下步驟構(gòu)成: ⑴同步信號檢測電路單元實(shí)時地采集三相電網(wǎng)中的三相電流信號和電壓信號，并將其傳送給DSP控制器中的捕獲單元，等待其對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理； ⑵DSP控制器的捕獲單元根據(jù)得到的同步信號檢測電路單元送入的電壓電流信號后，同時獲取控制器ADCINO和控制器ADCINl單元的信號，由模糊控制算法單元編寫模糊的控制算法； ⑶DSP控制器單元根據(jù)編寫好的雙閉環(huán)控制策略和模糊控制算法，將其輸出給PWM脈沖產(chǎn)生單元，使其發(fā)生算法下的PWM脈沖信號，從而使驅(qū)動單元來控制兩個雙向DC-DC變換器來實(shí)現(xiàn)對交流側(cè)和直流側(cè)的功率交換以及穩(wěn)定直流側(cè)電壓的控制；⑷當(dāng)風(fēng)電場發(fā)出的功率充足時，兩個雙向DC-DC變換器將多余的能量儲存于蓄電池儲能單元和超級電容器儲能單元中； (5)當(dāng)風(fēng)電場發(fā)出的功率不足時，蓄電池組儲能單元和超級電容器組儲能單元將放電，把儲存的能量通過雙向AC-DC變換器和兩個雙向DC-DC變換器回饋至三相電網(wǎng)，以維持并網(wǎng)功率的平衡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于模糊算法和DSP的混合儲能系統(tǒng)的功率平滑方法，其特征在于所述步驟⑶中的模糊控制算法采用了狀態(tài)平均的方法對雙向DC-DC變換器進(jìn)行模型的建立，然后運(yùn)用雙閉環(huán)控制策略對雙向DC-DC變換器的開關(guān)管IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷進(jìn)行控制，它由以下步驟構(gòu)成: ①設(shè)雙向DC-DC變換器的開關(guān)管導(dǎo)通的占空比為d=tm/T，電感電流為I1，輸出電壓為Vtl，取I1和Vtl為狀態(tài)變量；根據(jù)開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷兩個階段，分別列寫狀態(tài)方程，
【文檔編號】H02J3/32GK103501018SQ201310462729
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】馬幼捷, 鄧大龍, 周雪松, 李超, 徐曉寧, 谷海清, 馬玲, 梁歡, 王彩明 申請人:天津理工大學(xué)